автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Интенсификация режимов пластической и термической обработки алюминиевых порошковых материалов с регламентируемыми служебными свойствами

1,1/ > {

ленинградский государственный технический университет

На правах рукописи

ФАм ДЬК ТХАНГ

г

интенсификация режимов пластической

и технической обработки алюминиевых порошковых

материалов с реглашнтируежм служебными свойства,".и

Обработка металлов давлением

Специальность 05.16.05 -

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1990

Работа выполнена в Ленинградском Государственном техническом университете на кафедре "Пластическая обработка металлов".

Научный руководитель - .доктор технических наук, профессор Н.Н.Павлов.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор •К.К.Мертенс, кандидат технических наук В.Н.Цеменко.

Ведущая организация - В1ШТМаш, Ленинград.

Защита диссертации состоится "_"_ 1990 г.

в _ часов на заседании специализированного совета 063.38.05

Ленинградского Государственного технического университета по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29, хим.корпус, ауд. 51 .

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан _" _ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, г • доцент Г.С.Казакевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ режоз ШСТЙЧЕСКий И тер.яческсй обрлеош ШЖШХ ЙОРШЯВКХ .'.ЭТЕРЙМОВ с РЕГЛ.аГГ/РУЕ&Л слузебш*и СВОЙСТВА;^!.

Сбная характеристика работы

Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в металлургии и машиностроении связан с развитием процессов получения новых материалов, обладающих уникальными эксплуатационными свойствами, а так,~е ресурсосберегающих технологий металлообработки, которые позволяют получать изделия приближающиеся или соответст- ' 'вутощие форме конечного продукта при незначительных материальных и трудовых затратах. В связи с ятим больная роль принадлежит порошковой металлургии.

В настоящее время особый интерес вс многих странах откосится к порошковой металлургия алюминия и его сплавов. Так как порошковые алюминиевые материалы обладают высокими просностными, электро- и теплопроводными свойствами, а также рядом уникальных эксплуатационных свойств / низкая плотность, хорошая коррозионио-стойкость, немагнитность и т.д./.

Известны два основные метода получения порошковых алюминиевых материалов:

- высокотемпературная деформация легированных порошков и механически легированных порошковых смесей;

- холодное прессование механически легированных порошковых смесей и последующая их термическая обработка.

Материалы, полученные по первому методу обладают высокими прочностными свойствами, но при этом и высокой себестоимостью продукции. Их в основном применяют в космической технике и в авиации. .Материалы второй группы характеризуются средними прочностными свойствами / <3"3 ^ 350 ¡¿11а/, ко тем не мек^е отого вполне достаточно для их использования в автомобилестроении, электротехнике, текстильной промышленности. Однако материалы второй группы должны быть спечены в защитных средах / в вакууме или в среде V гргльных газов/. Использование такого спекания не всегда экоы зески целесообразно, поскольку требуются дорогие нагревате^ установки и большие затраты на их эксплуатация. Кроме т^ ■ояаее время нет полной информации, объясняющей мехами

рообразованкя и связанные с ними процессы формирования прочности материала. Поэтому задача научного исследования технологических процессов получения спеченных порошковых сплавов на основе алюминия сохраняет свою актуальность.

Научная новизна представляемой работы определяется:

- дальнейшим развитием теории прессования металлических порошков с целью создания методики расчета давлеш,;": прессования при заданной пористости прессовок любой формы поперечного сечения .

- выявлением закономерностей процесса структурообразования и механизма консолидации частиц .

- Научным обоснованием процесса спекания на воздухе алюминиевых порошковых заготовок .

- Разработкой новых материалов на основе алюминия с высокими механическими свойствами путем добавок порошка циркония .

Практическая ценность полученных результатов состоит :

- в разработке и освоении технологических процессов изготовления спеченных порошковых сплавов на основе алюминия с достаточной высокой прочностью ( б"в= 350-360!,Ша) конструкционного и электротех-нь ■ '.ского назначения ,

- в упрощении возможности внедрения в массовом производстве изготовления изделий из порошковых композиций на основе А1 благодаря высокой экономической эффективности способа их спекания на воздухе.

Целью настоящей работы является :

- разработка научно обоснованной и доступной для технических приложений методики расчета давлений прессования в зависимости от пористости для прессовок любой формы поперечного сечения,

- Феноменологическое описание закономерностей процесса структу-

и механизма консолидации частиц, ■витальное исследование влияния на прочность образцов ов ( схемы прессования, гран.состав порошков, дав-^ химические составы, скорость нагрева ). Нахожде-<? 'кации процессов получения спеченных порошковых - высокой прочностью, чологии получения изделий конструкционного и значения на основе спеченных алюминиевых по-

я базируется на современных положениях 'явлением и теории спекания.

Апробация работу, результаты работы докладывались на на. :ных семинарах кафсдрн пластической обработки металлов.

Публикации: Но результатам выполненных исследований опубликована статья и подана заявка на изобретение.

Объем работы. .Диссертационная работа состоит из введения, четырех глаз, заключения и приложений, списка литературы из 145 наименований, содержит 235 страницы ( в том числе 133 страницы машинописного текста, 17 таблиц и 39 рисунков на 58 страницах ).

Во введении представлен анализ состояния развития порошковой металлургии алюминия к его сплавов, указана актуальность проблемы исследования процессов получения новых материалов с заданными свойствами . При этом формируется задачи диссертационной роботы и основные положения, которые выносятся на зощиту. Отмечается необходимость совершенствования существующих процессов получения спеченных алюминиевых материалов в направлении интенсификации режимов пластического деформирования и спекания с целью разработки новых материалов с высокими физико-механическими свойствами, а также новой технологии, позволявшей значительно снижать себестоимость продукции.

В перрой главе рассматривается процесс прессования порошков с целью разработки методики определения давления прессования, применяемая во всех случаях прессования в закрытой матрице для прессо- • вок произвольной формы постояного поперечного сечения. Дан обзор основных теорий прессования металлических порошков. Основной недостаток большинства этих теорий заключается в том, что модели описания процесса уплотнения не учитывают геометрический фактор. При этом они ( модели ) не могут быть универсальными. Поэтому отмечается необходимость разработать новуя модель, которая может одекватно описывать процесс уплотнения порошков в матрице любой формы сечения.

Первая задача состоит в нахождении единст: энного геометрического параметра ( паказателя ), позволяющего перевести случай прессования в закрытой матрице порошковых прессовок произвольной формы постоянного по высоте поперечного сечения в случай прессования в цилиндрической матрице.

В основе дальнейшей теоретической разработки использованы урсЕникия прессования в закрытом контейнере, полученные Л.К.Григорьевым и Б.П.Грохольским:

КРАТКОЕ СОВЕЩАНИЕ РАБОТЫ

С I ) з

1-

1

а.

к-

К

п

<2^- Т\А1}А

^ = [1+ =[ 1+им<П(/<5/<-п)Н с 2)

Где: О - полное усилие прессования,

(3, = к^ - Силы трения о стенки матрицы, " - коэффициент трения

- коэффициент бокового давления,

- давление на пуансоне со стороны порошка

- диаметр цилиндрических прессовок,

- высота прессовок,

- высота прессовок в компактном состоянии,

- пористость прессовок,

- полное напряжение (давление) на пуансоне.

- Силы сопротивления со стороны порошка. Далее на основе результатов исследований :.1.Ю.Бальшина, Г.М.

Кдановича, Ю.Н.Логинова, В.Л.Колмогорова и др. было принято положение о том, что значение величин р , § , ^ однозначно зависит от пористости.

При преобразовании выражений (I) и (2) были получены следующие уравнения для случая прессования заготовок в не цилиндрической

м^риц0 : а = + = ^ + с з)

? = [1 + ЬЛЛ-и)}^ (4).

Где: 5 - площадь поперечного сечения прессовок,

- шощадь боковой поверхности прессовок,

- периметр псперечного сечения.

Если принять = Ч / ( 5 )

то (4) принимает следующий вид:

[1 + А-^й/^-^-т] <\- (б)

Где 0м> - А Б /_ приведенный диаметр ( 7 )

Выражения (6) и (2) отличаются только величинами и . Тогда если А= , то эти прессовки должны обладать одинаковой пористостью при одном и том же значении 'р , или наоборот необходимо давление прессования ^ для получения прессовок с одинаковой пористостью.

Далее для случая прессования полых заготовок следуют следующие выражения: си % + + %/§<}- =

( 8 )

= + Ц1 +

о

И1+ н^-^н

Где: Эд^ - площадь внутренней боковой поверхности прес

совок, соприкасающейся с иглой , внутренний периметр прессовок ( периметр по-

I

г,

/ лости прессовок или иглы ) уЧ - коэффициент трения о стенки на внутренней

поверхности (уЧ монет отличаться от^И из-за различных характеров перемещения порошка на внешней и внутренней поверхностях при использовании подвижной иглы ).

///

3 случае неподвижной иглы: /луи , В =

Если принять ((1+БX, УЗ = Л/Рар < Ш

то тогда а = Л № \ а,

[ (п)

Где $£7,) - приведенный диаметр ( 12 )

Видно, что выражение (II), а также выражение (6) отличается от выражения (2) только величиной РЛр вместо А .

Отсюда можно прийти к выводу, что с помощью приведенного диаметра все случаи прессования в любой матрице произвольной формы поперечного сечения могут быть рассмотрены как случай прессования в соответственной цилиндрической матрице. Можно также счи-. тать, что выражение (II) является универсальнкм для описания процесса прессования, так как :

- для случая цилиндрической матрицы без иглы -С^ = О >

лА ,5= Лс12М следовательно р^ = А^/^ = = А.

т.е. (II) вырождается в (2),

- для случая прессования прессовок с отверстием при неподвижной игле: + ^ . т.к. В-///1 = I ( /1' = ^И )

- для случал прессования с подвижной иглой , перемещающейся вместе с пуансоном = ASA.i4.-t &-1г.)

Экспериментами установлено, что величины В и В' постояны для каждого комплекта прессформы с иглой.

для проверки универсальности модели (II), а также формулы (12) был проведен оксперимент по исследованию прессуемости алюминиевых

порошков в прессформах различных типов ( цилиндрическая, прямоугольная , матрица для получения лслых заготовок и т.д. ). Результаты эксперимента показали, что модель (II) может одекватно описывать ■ процесс уплотнения .

вторая задача состоит в разработке методики определения давления прессования прессовок заданной пористости с учетом геометрического фактораМ=• Для стой цели получено уравнение, которое связывает три значения давлений, необходимое для формовки например трех прессовок с одинаковой пористостью при различных значениях величины М . При не слеш ом преобразовании уравнения (2) можно получить уравнение следующего вида :

_ Мл - М1 ф + М1 - М1 . . ^ ~ Мл - ¡4 Мь - М4 (12)

Где ¡¿^ , > - значения отношения для прессовок Г» (I),

(2), и (I),

?1 ' 1л, ' 1"; ~ давления, необходимые для формовки этих прессовок заданной пористости Из (12) видно, 'что если известны ^ , А^ , » ^,

то вполне определено. Отсюда можно прийти к заключению, что ^ омулу (I?.) удобно использовать на практике для определения необходимого давления ^ для получения прессовок с заданной пористостью. Значение^ мокно определить , имея всего две компрессионные кривыеи ^ = ^(П) для выбранных значений М- и ¡^ .

Формулу (12) можно считать универсальной если вместо величины с1 использовать £) для матрицы с любой формой поперечного сечения . '

Если выбраны например = 0,5 и М^ = 1,5, то выражение

(12) будет выгладеть так:

Ъ = ?1+(М 1-0,5%-^ = (М;-<$5)[£(П) - £(л)] (13)

Была проведена экспериментальная проверка формулы (13). Для этой цели сняты две компрессионные кривые для порошков алюминия марки ПА-4 и его смесей ( в смеси, кроме порошков А! добавляли порошки из меди и лигатур А1 - - = и

при М^ = 0,5 и М2 = 1,5. Используя полученные зависимости по

(13) проведен расчет = ^¡.(ГО на ЭВМ. Затем прессовали заготовки при расчетных значениях давления ^ и определяли их пористость методом гидростатического взвещивания. Сравнение опытных значений пористости с задаваемыми показало, что они статистически равны .

Поотому с достаточной обоснованность« можно считать, что мод .;ь (12) или (13) ко:кет одекватно описывать процесс уклонения алюминиевых порошков.

В псрво.'! главе такие рассматривается экспериментальное исследование характера распределения плотности по ширине прессовок. Выявлено1 что причиной разиоплотности по ширине является неравномерность засыпки порошков . Для устранения зтого явления предложен вариант засыпки , обеспечивающий выравнивание уровня порошков на поверхности прессформы.

В главе 2 рассматриваются вопросы химико-физико-металлургического процесса спекания порошковых заготовок на основе алюминия.

Проведен обзор основных теорий спекания и закономерностей окисления алюминия, его порошков и сплавов. При отсм отмечаются следующие основные положения, необходимо для дальнейшего исследования процесса спекания порошковых алюминиевых заготовок.

- Большкство существующих моделей спекания не может быть использовано для описания кинетики процесса спекания алюминиевых по-рош;ссз,т.:<. ски не учитывают важную особенность в том, что алюминиевые частицы покрыты прочной окисной пленкой.

- Окисление алюминия и его порошков является очевидным явлением . Вследствие чего на поверхности образуются слои окисной пленки различных модификаций. Кроме того, порошки способны адсорбировать большое количество влаги и на них образуются гидроокис-ные пленки.

- В условии уидкофазного спекания для эвтектических систем согласно теории Гегуэина Л.Е. и Пинаса Б.Я. жидкая фаза, образуе- • мая за счет контактного плавл ния, польностьп смачивает твердые частицы и растекает по их поверхности контакта.

- Согласно теории гидкофазного спекания Кинжери В.Д. при достаточном обьемном содержании жидкой фазы на первой стадии спекания уплотнение осуществляется взаимным перемещением ( перегруппировкой ) твердых частиц, разделенных прослойками жидкой фазы. Л движущей силой спекания является стремление к уменьшении свободной поверхности жидкости.

- Процесс сплавообразования з ходе спекания заготовок из механически легированных смесей на сонове алюминия подчиняется закономерностям теории металловедения алюминиевых сплавов.

На основе ртнх положений рассматривается процессы спекания алюминиевых порошковых заготог.ок.

Экспериментальным путем было изучено влияние состояния поверхности частиц порошков ( исходных или отожженных в среде азота для удаления влаги ) на прочностные характеристики и конечную пористость алюминиевых заготовок, спеченных в вакууме при 250° и 550°С. Результаты эксперимента показали, что в ходе нагрева заготовок их объем увел;гчивается из-за выделения адсорбированной порошками влаги или паров воды в результате разложения гидроокиси алюминия. Причем выделение влаги приводит к сильному окислению контактных участков ме;хду частицами , на которых расположены фрагменты разрушенных в ходе брикетирования окисных пленок . В результате чего частицы могут блокироваться вновь образованными окисными пленками, что приводит к подавлению процесса установления металлической связи между частицами и значительному снижению прочности заготовок.

Поэтому мероприятия по профилактике этого явления являлись одной из задач настоящей работы.

Известно, что никакая среда спекания не может устранить контактное окисление, т.к. равновесное давление кислорода над поверхностью алюминия составляет лишь всего 10~^мм рт.ст при 600°С . Тогда единственным способом борьбы с окислением является поиск возможности разрушения блокировки частиц вновь образованными окисными пленками, пр. котором возможно установление новой агрегатной металлической связи на контактных участках.

Для выявления механизма консолидации частиц проведен анализ-процесса объемного изменения заготовок,с которым связаны положительные факторы , приводящие к разрушению блокирующих окисных пленок. Дня этой цели рассматривается объемное изменение заготовок из смеси порошков состава А1 - Ь% Си. , были использованы дилатометрические кривые изменения линейных размеров в зависимости от времени

спекания и изменения температуры нагрева до температуры спекания

■Ь" = 620°С. На основе дилатограммы можно разделить процесс спекания на 3 стадии:

- На первой стадии происходит рост линейных размеров Д Ь/к-заготовки, который объясняется различными причинами. Максимальный рост величины Д^/А/ достигается'по достижении температуры соли-дуса ( 548°С Металлографический анализ показывает, что частицы из алюминия технической чистоты раделяются на фрагменты. Причиной этого является плавление границ зерен или блоков, по которым возможны преимущественные диффузионные потоки, приводящие к повышению содержания легирующего элемента в этих местах, ,

е

- На второй стадии при нагреве до температуры 620°С отмечается резкое снижение величины , что означает интенсивное уплотнение зг счет перегруппировки частиц при большом количеств« жидкой фазы и плавлении С или растворении э жидкости ) твердой фазы,

- на третьей стадии при температуре 62С°С наблюдается не значительно» снижение Д^/^ ( уплотнение составляет лишь 0,5 % ).

Кроме того дилатограммы также показывают, что уплотнение образцов из алюминия технической чистоты больше,чем алюминия еысс-кой чистоты. Это свидетельствует о том, что фрагменты своей возможностью перегруппировки внесли дополнительный вклад в уплотнение.

На основе данных из дилатогреммы по формуле (14) произведен расчет конечной пористости, который показывает, что перед охлаждением она ( пористость ) практически равна нулю. На самом деле после спекания и охлаждения конечная пористость равна 3 % для сплава А1 -6 %0л,. Отсюда можно предполагать, что пористость должна формироваться в ходе кристаллизационного охчождения. Причиной формирования пористости в этом случае является присутствие фрагментов окисной пленки, которые служат жестким скелетом, препятствующим сближению частиц в ходе кристаллизации.

4- - • (и)

Где П„ - исходная пористость, - плотность сплава в ком-

пактном состоянии при комнатной температуре, - плотность

сплава при температуре нагрева, П4 - пористость образцов в ходе спекания перед охлаждением, (§ можно определять по данным в спра-

Ч КЪ

сочниках ).

При подробном анализе процесса формирования пористости в ходе кристаллизационного охлаждения была также получена формула для ее определения :

Пг = чг ( -4.)К + ДС(1-г*00 - П^ (15)

Где: ЛС=К(С-С1&') - объемное количество легирующего элемента, диф-фудирующего в твердую фазу из жидкой, С , СТБ - массовый состав сплава и твердой фазы перед охлаждением, К - переводный коэффициент, 'переводящий массовый состав в объемный .

Значение произведения ( I -ио,).( I - П^) означает объемную долго твердой фазы перед кристаллизацией.

К - коэффициент перегруппировки частиц.

Тогда окончательно для пористости : П = П„ = Д>

о ■ к

(^юи^лб./^)3 1 -1

При температуре спекания сплава А1 - б % ниже 600°С величина тп. ' означавшая долю жидкой фазы в формировании пористости в ходе охлаждения, очень мала ( < 0,52д%)). Поэтому его можно пренебречь.

Был проведен расчет коэффициента К для этого сплава. Он лежит в интервале ( 0-1 ). К —0 при полном плавлении твердой фазы, К —>- I при нагреве до температуры солидуса. Формула ( 16 ) имеет вьжное теорктичсскэе значение, т.к. по ней на пористость оказывают влияние два компонента: оставшаяся перед охлаждением к формирующаяся пористость в ходе кристаллизэционого охлаждения.

Большая часть второй главы посвящена исследованию процесса консолидации частиц в ходе спекания алюминиевых порошковых сплавов. Объектом металлографических изучений является структура порошкового сплава А1 - 3 - 0,5 % М§ - 0,5 % 5'| , спеченного при разных температурах и разных режимах. Ка основе полученных результатов металлографических исследований структуры этого сплава дано феноменологическое описание процесса консолидации частиц, которое состоит в следующем :

- При нагреве до температуры солидуса ( < 555°С ) происходит эвтектическое плавление с появлением первичной жидкой фазы, которая способствует интенсификации процесса диффузии легирующих элементов по границам зерен и блоков частиц и образует при этом повышенное их содержание в этих местах.

- По достижении температуры солидуса начинается плавление границы, где имеет место повышенное содержание легирующих элементов с образованием вторичной жидкой фазы переменного состава, которая приводит к дазинтеграции частиц на фрагменты. Если температура спека-н/"т незначительно выше солидуса, то дезинтеграция не приводит к полному разрушению частиц. При этом блокирующие частицы окисные пленки остаются на месте и не разрушаются.

- При нагреве до температуры вмиг солидуса интенсивнее идет процесс плавления твердой фазы с образованием более значительного количества вторичной лшдкой фазы. Связанные с этими факторами дезинтегрируемые фрагменты могут перегруппироваться вместе с самыми частицами. Вследствие чего произошло полное разрушение частиц. При

10

этом блокировка частиц окисной пленки фактически разрушена. Между новыми частицами из фрагментов исходных частиц установлена агрегатная 'металлическая связь.

- Дальнейшее повышение температуры ( вь-пе 600°0 для изучаемого сплаг.г ) приводит/^огрублению струтур за счет образования крупных зерен из сформированных частиц.

Отмечаются основные факторы, которые сдерживают процесс дезинтеграции и консолидации частиц - это недостаточно^давление формовки, возможность сильного окисления контактных участков между частицами ввиду долгой выдержки при температуре ниже солидуса, не эффективное сочетание легирующих элементов.

Таким образем процесс консолидации частиц определяется следующими фахторают: появлением достаточно большого количества вторичной жидкой фазы, полной дезинтеграцией частиц на фрагменты, перегруппировкой этих фрагментов. Такие факторы приводят к нарушению целостности исходных частиц, к разрушению блокирующих окис-ных пленок и образованию новых частиц, объединяющихся в новые зерна .

На основе анализа процесса консолидации частиц предложена систематическая схема струтурообразования спеченных алюминиевых сплавив, служащая основой для выбора наиболее рациональных хз-жимов получения материалов.с заданными прочностными свойствами , и структурой .

В третьей главе приведены экспериментальные исследования влияния различных факторов на прочностные свойства спеченных алюминиевых материалов .

Для интенсификации процесса прессования была предложена схема прессования, которая создает искусственное перемещение слоев ■ порошка. За счет сдвиговой деформации возможно интенсивное разрушение исходной окисной пленки, обеспечивающее значительную холодную сварку частиц. Эта схема по характеру носит название интенсивной схемы прессования. Для описания интенсивной схемы введено понятие коэффициента интенсивного давления К^ , который определяется по формуле: Ки = ^ /

Где - полное давление прессования , р -• частичное дэвле-ние, реализуемое по интенсивной схеме ( ■р ^ ) , если

= 0 , 1СИ = 0 схема прессования обычная , ^ = ^ = I

полная интенсивная схема, р , Кц 4 1 частичная интенсивная

схема. При этом о<Ки, < d . Экспериментально установлено влияние коэффициента К^, на прочность материалов. При К. = ( 0,5 - I ) , прочность ряда сплавов увеличивается почти в 1,5 раза ( для сплава AI - З^Си- - 0,5% - 0,5$Si , достигается до 310-320 :¿IIa). ото свидетельствует о целесообразности использования интенсивной схемы прессования .

При исследовании влияния гран.состава порошков на прочность сплавов было обнаружено , что спеченный на воздухе сплав из смесей, содержащих только порошки фракции ( 0-50мкм ) и ( 100-160мкм ) обладает наиболее высокими прочностными свойствами ( 6g = 310 -320 í.ffla ). Если в эти смеси добавляют порошок фракции (50-63мкм), то прочность того же сплава резко падает ( S& < 150 ¡.lila ). Лричи-чина резкого падения прочности объясняется нарушением герметичности образцов, содержащих порошки промежуточной фракции. Поэтому для успешного проведения спекания на воздухе необходимо исключить из-смеси порошки фракции ( 50-63 шш ) как ненужной промежуточной фракции. Для устранения этого отрицательного явления также рекомендуется спекание в защитной среде. Давление формовки играет большую роль в формировании прочности сплавов, т.к. оно обеспечивает степень холодной сварки частиц. Кроме того начиная с некоторого определеного давления влияние коэффициента ^ на прочность начинает "действовать" . Отмечается , что при К^ = 0,5-1 требуется значительно меньшее давление формовки для достижения максимальной прочности и твердости "о сравнению с случаем Кд = 0. Для ряда сплавов предложен необходимый интервал давления = 350-400 ¡¿Па при 1^=0,5-1.

Результаты экспериментального исследования показали роль легирующих элементов в системе Al -Cu. - Si - M¿ :

- Медь является главным упрчняющим элементом , участвует в образовании жидкой фазы ,

- Кремний вызывает резкое повышение количества вторичной жидкой фазы,

- Магний облегчает процессы дезинтеграции частиц и их консолидации, т.к. он отбирает кислород у алюминия, тем самым ослабляет блокировку частиц окиснкми пленками.

Указана необходимость выбора добавок (М| и Sí ) в определен ных количествах таких, чтобы струтура сплавов осталась мелкозернистой.

Экспериментально установлено, что одним из самых важных фак-

IP.

торов является скорость нагреЕа в ходе спекания на воздухе для уменьшения окисления. При этом все процессы консолидации частиц могут протекать нормально . Отмечается, что для каждого состава легируц'/х элементов существует ноебходимый интервал скоростл нагрева, за пределом которого либо сильно окисление ( при низкой скорости ), либо происходит вспучивание ( при высокой скорости ), что приводит к снижению прочности материала.

В главе 3 рассматриваются вопросы планирования эксперимента для нахождения рациональных режимов обработки порошковых алюминие-. вых материалов. Найден наиболее оптимальный сплав А1 - 3%Си -0,31 - ОМЩ с режимом обработки: = 350 МПа, 1" = 595°С К^ = I, прочность этого сплава после старения по режиму Т.6 равна бв = 310-320 Ш1а, £ = 1,5-255 , НЕ (твердость) = 1100 Ш1а.

Важной задачей является разработка новых материалов с повышенными механическими свойствами. Для этой цели исследовалась возможность использования циркония как модификатора спеченных алюминиевых сплр.еов. Опыты показывают, что добавка 0,05 % в сплаве А1-3% Са - 0,5$ - 0,5^ , спеченном при температуре = 595°С, позволяет повысить прочность на 50 - 60 ¡ЛЛа, при этом = 360°С. Отмечается, что эффект измельчения структуры цирконием теряется при спекании с более высокой температурой ( Х" = 6Ю°С и вы > ). Т.е. при образовании большого количества жидкой фазы. При этом можно объяснить механизм измельчения следующим образом. В процессе дезинтеграции частиц на фрагменты, цирконий препятствует объединению фрагментов в новые частицы. При этом структура остается мель-козернистой . В случае образования б'льшого количества жидкой фазы такое содержание циркония не может быть достаточным для препяст-ва объединению фрагментов. Попытка ввести в сплав большее количество циркония ( 0,1 - 0,2 % ) к успеху не привела, т.к. наблюдалось при тех же температурах значительное расплавление материала и как следствие его вспучивания. По итогам проведенной работы по использованию циркония для модифицирования спеченных алюминиевых материалов подана заявка ка изобретение.

В главе 1У предусматриваются вопросы внедрения в производстве и проведения расчета экономических показателей.

Указаны наиболее важные спеченные сплавы для рекомендации внедрения в производстве изделий конструкционного и электротэхни-ческого назначения.

Проведены экспериментальные- исследования влияний факторов на

1 о

электропроводность . При этом получены регрессионные уравнения для прогнозирования свойств сплавов : VfacT = + t +-30 См, + 45iMg + ( МПа}

НБ = - 90 + 0,5 j> + о,33 t + l53Ca. + 295M| + 48S; (МПаЛ V = + 0,OA5f + 0,0/ft - 3,8 Си- - 6 Mg _ 3,9Si

.Где: T - электропроводность,. Интервалы варьирования факторов: давление фсрмоски Р = 300 - 400 ¿¡Па, температура спекания t° = 590 - 510°С., химические составы : медь Си = 4-2.'/. , магний /<= 0,г-0,Ц , кремний Si - 0^-0,8'/, Излагаются основные принципы конструирования прессформы для успешного прессования алюминиевых заготовок, предлагается принципиальная конструкция прессформы, которая позволяет реализовать идеи применения засыпки порошков с последующим выравниванием и интенсивной схемы прессования.

Описаны технологические процессы изготовления спеченных сплавов AI - Ж Си- - 0,535 М£ - 0,5$ Si и AI - 1,6%U - 0,3-0,8% Si . По предлагаемой технологии был- получена опытная партия 'изделий корпуса гнездового зажима для панелей ВРУ из порошкового сплава AI - 3% Си- - 0,5$ - 0,5% Si . Результаты испытания этих изделий показали, что они удовлетворяют заданным требованиям.

Был проведен расчет годового экономического эффекта от внедрения технологического процесса в опытных партиях в производство в лаборатори*- контактных соединений ЛО НПСЭлектромонтаж" и на заводе ЛЗЭМ1, который составляет 150 тыс.руб. при выпуске 750 тыс.шт. ь год .

Полученные результаты и рекомендации переданы для внедрения в производстве на заводе " Электроконтакт", г. Кинешма

ВЫВОДЫ

1- Получена формула расчета приведенного диаметра, с помощью которого процесс прессования в любой матрице с постоянным поперечным сечением может быть рассмотрен как процесс прессования в цилиндрической матрице.

2- Разработка методика определения давления прессования, применяемая во всех случаях прессования смеси из алюминиевых порошков.

3- Экспериментально установленхарактер распределения плотности по ширине изделия в зависимости от способа засыпки.

4- Установлено, что окисление контактных участков мевду чае-

тицами внутри образцов проиходит в результате взаимодействия алюминия с выделяемой влаги или паров воды из гидроокиси оставшейся окисной пленки. При этом частицы могуть вновь блокироваться новыми окисными пленками.

5- Выполнен анализ ссноеных факторов приводящих к объемному изменение спекаемого тела. Теоретически обоснована формула расчета конечной пористости, которая состоит из двух компонентов: оставшейся пористости перед кристаллизационным охлаждением и формирующейся пористости в ходе охлаждения.

6- Феноменологическим методом сделан анализ процесса консолидации частиц в ходе спекания. Выявлен вклад основных факторов в этом процессе.

7- Экспериментально установлено существенное влияние на механические свойства различных факторов, таких как схема прессования, гран.состав исходной шихты, давление прессования, химический состав смеси и скорость нагрева.

8- Проведено планирование эксперимента для определения рациональных режимов получения спеченных порошковых изделий на основе алюминия.

9- На основании исследований установлена целесообразность использования добавки циркония для измельчения структуры сеченных алюминиевых сплавов.

•IO-Разработаны технологические процессы получения спеченных алюминиевых сплавов с высокими физико-механическими свойствами для конструкционной и электротехнической цели.

II- При годовой реализации по новой технологии 750 тыс. из делий корпуса гнездового зажима электротехнической цели экономический эффект составляет 150 тыс.руб./ год.

Часть содержания работы изложена в следующих публикациях:

1- А.А.Григорьев, В.Г.Гопиенко, Зам Дык Тханг - уплотнение

и свойства порошковых материалов на основе алюминия.- Порошковая металлургия и композиционные материалы. Ленинград,1988,с.52-56.

2- Заявка № 4800231/02 ( 027306 ). Способ получения спеченных конструкционных материалов на основе алюминия. / Н.Н.Павлов, А.И.Рудской, £ам Дык Тханг, А.А.Григорьев, Н.Н.Дзекиер/.Заявлено Об.03.90* г.

J 5